(57)【要約】      （修正有）【課題】健全なコンデンサが放電される前に、短絡したコンデンサを分離することができる改善されたパワー半導体スイッチング装置を提供する。【解決手段】パワー半導体スイッチング装置であって、サイリスタ１をオン・オフするためのゲート・ドライバ２を有する。ゲート・ドライバ２は、並列接続された複数のコンデンサと、コンデンサに直列接続されたスイッチング・トランジスタを有する。電力供給器４は、ブレーカを介してコンデンサのそれぞれに接続される。複数のダイオードがスイッチング・トランジスタと各コンデンサの間に接続される。ブレーカは短絡したコンデンサを分離する。ダイオードは、負荷からの逆流電流がコンデンサに流れ込むのを阻止する。【選択図】図２−１
2013198222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体スイッチング装置であって、
アノード、カソードおよびゲートを有するスイッチング素子、
正電位線および負電位線を有する電力供給器、
前記スイッチング素子を制御するオン信号とオフ信号を生産するドライバ、
前記オフ信号を受ける少なくとも1つのスイッチング・トランジスタ、複数のダイオード、複数のコンデンサ、複数のブレーカを有する逆バイアス・ドライバ手段、
を含み、
ここで、一つのダイオードと一つのコンデンサと一つのブレーカは、中心接続点を有するY結線で接続され、
ここで、前記スイッチング・トランジスタ、前記ダイオード、前記コンデンサは、前記スイッチング素子のゲートとカソードの間に直列接続され、
更にここで、前記ブレーカは前記中心接続点と正電位線および負電位線のいずれか一方と接続されている、
ことを特徴とするパワー半導体スイッチング装置。
【請求項２】
前記ダイオードと前記コンデンサの直列接続は、前記正電位線と前記負電位線との間に接続されている、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項３】
前記ブレーカはヒューズを含む、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項４】
前記ブレーカはヒューズ機能を有する抵抗器を含む、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項５】
前記ブレーカはPTC抵抗器を含む、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項６】
前記ブレーカは電流制限器を含む、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項７】
前記ブレーカはMOSFETと、前記MOSFETを制御する比較器を含み、前記比較器は、コンデンサの両端における電位を比較する、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項８】
前記ブレーカはMOSFETと、前記MOSFETを制御する比較器を含み、前記比較器は、ダイオードの両端における電位を比較する、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項９】
前記ブレーカはMOSFETと、ツェナーダイオードと、抵抗器を含み、前記MOSFETは中心接続点と負電位線との間に接続され、前記ツェナーダイオードと前記抵抗器は、コンデンサの自由端と負電位線との間に直列接続され、ツェナーダイオードと抵抗器の間の接続点は、前記MOSFETのゲートに接続される、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項１０】
前記ブレーカはMOSFETと、トランジスタと、一対の抵抗器を含み、前記MOSFETは中心接続点と負電位線との間に接続され、前記トランジスタは、コンデンサの自由端と前記MOSFETのゲートの間に接続され、一対の抵抗器は、前記コンデンサの両端間に直列接続され、一対の抵抗器の間の接続点は、前記トランジスタのベースに接続される、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項１１】
更に、所定数のコンデンサが短絡事故を起こせば警告信号を発する余剰モニター回路を含む、請求項１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【請求項１２】
前記余剰モニター回路は、比較器と、前記比較器の一方の入力に閾値電圧を与える閾値生成器と、複数のコンデンサにそれぞれ接続された複数の抵抗器を含み、前記各抵抗器は、コンデンサが短絡すると電流を受け、前記各抵抗器は、前記比較器の他方の入力に接続される、請求項1１に記載のパワー半導体スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体スイッチング装置に関し、更に詳しくは、短絡したコンデンサの分離のため回路を備えたパワー半導体スイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体スイッチング装置には、ゲート・ドライバが設けられており、サイリスタをオン・オフ制御する。ゲート・ドライバは、並列接続された複数のコンデンサと、各コンデンサに直列接続された複数のスイッチング・トランジスタ(MOSFET)を有する。
【０００３】
従来のパワー半導体スイッチング装置は、特許公開公報第2005-333444号明細書の図1に示されている。この従来のパワー半導体スイッチング装置にはサイリスタ101、ドライバ102、並列接続された複数のコンデンサ104、各コンデンサに直列接続されたスイッチング・トランジスタ105、およびコンデンサ充電するための電力供給器106を有する。
【０００４】
動作は、まず、コンデンサ104が充電器106により電圧VCにまで充電される。ドライバ102がターン・オン信号を生成すると、サイリスタ101のゲートに正方向バイアス電流が流れ、サイリスタ101がオンされる。その後、ドライバ102からそれぞれの抵抗器を介して信号が送られ、スイッチング・トランジスタ105から放電電流を提供して、ゲートへターン・オフ信号を与えることにより、サイリスタ101のゲートに逆方向バイアス電流-IGが流れ、サイリスタ101はオフになる。
【０００５】
動作中に、もし、複数のコンデンサのうちの1つが短絡して欠陥コンデンサになれば、健全なコンデンサにおける充電は、短絡したコンデンサを介して放電される。すなわち、１個の短絡したコンデンサにより、パワー半導体スイッチング装置が遮断されてしまう。
【０００６】
更に、サイリスタ101に接続される負荷のタイプによるが、逆方向の電流がアノードに加わる虞れがある。すると、サイリスタ101のアノード・ゲート間の寄生逆ダイオードが活性化され、ゲートに逆電流を加える。そのようなゲート電流が、ゲートドライバを逆電流Ibとして流れ、コンデンサ104を充電し、サイリスタのゲート・カソード間のなだれダイオードが働き、電圧の増大を制限する。その結果、コンデンサ104が過度の電圧を受け、過充電されることとなる。これらの過充電されたコンデンサにより、なだれ電圧はサイリスタのゲートに印加される。これにより、サイリスタには過剰はストレスが加わるので、それをなくす対抗策が必要とされる。すなわち、別に放電回路を設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】2005年12月2日に公表された特開2005-333444号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のパワー半導体スイッチング装置の最初の問題は、コンデンサが一つ短絡されると、健全なコンデンサを放電し、パワー半導体スイッチング装置を遮断してしまう点にある。
【０００９】
従来のパワー半導体スイッチング装置の第2の問題は、逆流する電流が流れると、コンデンサはそれに耐えるだけの大きいものが必要となると共に、サイリスタのゲート電圧を小さくするための放電回路を別に設ける必要がある点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題は、健全なコンデンサが放電される前に、短絡したコンデンサを分離することができる改善されたパワー半導体スイッチング装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の課題は、逆流する電流がコンデンサに流れ込むのを防ぐことができる改善されたパワー半導体スイッチング装置を提供することにある。
【００１２】
本発明に係るパワー半導体スイッチング装置は、アノード、カソードおよびゲートを有するスイッチング素子と、正電位線および負電位線を有する電力供給器と、スイッチング素子を制御するオン信号とオフ信号を生産するドライバと、前記オフ信号を受ける少なくとも1つのスイッチング・トランジスタ、複数のダイオード、複数のコンデンサ、複数のブレーカを有する逆バイアス・ドライバ手段と、を含み、ここで、一つのダイオードと一つのコンデンサと一つのブレーカは、中心接続点Jを有するY結線で接続され、ここで、前記スイッチング・トランジスタ、前記ダイオード、前記コンデンサは、前記スイッチング素子のゲートとカソードの間に直列接続され、更にここで、前記ブレーカは前記中心接続点Jと正電位線および負電位線のいずれか一方と接続されている、ことを特徴とするパワー半導体スイッチング装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各コンデンサに設けたブレーカとダイオードにより、短絡したコンデンサを分離することが可能となる。
【００１４】
本発明によれば、ダイオードにより、逆流する電流がコンデンサに流れ込むのを防ぐことは可能となる。したがって、コンデンサが過剰充電されることを回避することができる。
【００１５】
本発明を用いることにより、コンデンサは、スイッチング素子をターン・オフするのに必要な電流を供給することができる容量のものであれば十分である。また、負荷から逆流する電流を考慮する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図1は、従来技術によるパワー半導体スイッチング装置の回路図。
【図２−１】図2Aは、本発明の第１の実施の形態によるパワー半導体スイッチング装置の回路図。
【図２−２】図2Bは、図2Aのパワー半導体スイッチング素子のターン・オンとターン・オフを示すタイミングチャート。  図2Cは、図2Aのパワー半導体スイッチング素子のゲート電流を示すタイミングチャート。  図2Dは、図2Aのパルス用コンデンサの放電および充電を示すタイミングチャート。
【図３】図3は、ブレーカの第１実施例の回路図。
【図４】図4は、ブレーカの第２実施例の回路図。
【図５】図5は、ブレーカの第３実施例の回路図。
【図６】図6は、ブレーカの第４実施例の回路図。
【図７】図7は、ブレーカの第５実施例の回路図。
【図８】図8は、ブレーカの第６実施例の回路図。
【図９】図9は、ブレーカの第７実施例の回路図。
【図１０】図10は、図2Aの回路で使用される余剰モニタ回路の回路図。
【図１１】図11は、本発明の第2の実施形態によるパワー半導体スイッチング装置の回路図。
【図１２】図12は、図11に示した装置の、第１の変形例を示す回路図。
【図１３】図13は、図11に示した装置の、第２の変形例を示す回路図。
【図１４】図14は、図11に示した装置の、第３の変形例を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
図2Aは、本発明の実施形態１によるパワー半導体スイッチング装置を示す。実施形態１に係るパワー半導体スイッチング装置はスイッチング素子1とドライバ2を含み、ドライバ２からは線12を介してターン・オン信号、線13を介してターン・オフ信号が出力される。パワー半導体スイッチング素子1はアノード26およびカソード28があり、その間には負荷(図示せず)が接続される。スイッチング素子1は、サイリスタであり、例えばGCT (ゲート転流ターンオフ)サイリスタ、GTO (ゲートターンオフ)サイリスタ又は静電誘導サイリスタ(SITH)である。線12はスイッチング素子1のゲートに接続され、線13はゲート抵抗器R1、R2、…のそれぞれに接続され、更にスイッチング・トランジスタF1、F2、…のゲートに接続される。スイッチング・トランジスタF1、F2、…のそれぞれは、例えばN-MOSFETで構成される。各スイッチング・トランジスタのドレインは、スイッチング素子1のゲート14に接続される。ドライバ2への電力は、線20を介して電力供給器4から供給される。ドライバ2には、制御信号24が加えられ、出力される制御信号の周波数およびタイミングをコントロールする。
【００１８】
電力供給器4は、正電位線18と負電位線16の間に所定のDCパワーを生成する。充電用の線16と線18の間にブレーカB1-1およびコンデンサC1-1が直列接続され、ブレーカB1-1を介してコンデンサC1-1が充電される。更に、コンデンサC1-1の一方の側とスイッチング・トランジスタF1のソースの間にダイオードD1-1が接続され、スイッチング・トランジスタF1からコンデンサC1-1の一方向にのみ電流の流れを制限する。
【００１９】
複数のブレーカB1-1、B1-2、...、B1nと複数のコンデンサC1-1、C1-2、...、C1-nがあり、それは上述と同様に充電用の線16と線18の間に直列接続され、コンデンサC1-1、C1-2、...、C1-nが充電される。また、複数のコンデンサC1-1、C1-2、...、C1-nは、上述と同様にダイオードD1-1、D1-2、...、D1-nに接続され、それらは負バス線17-1に接続され、さらにスイッチング・トランジスタF1のソースに接続される。なお、正電位線18は正バス線18として機能し、負バス線17-1と対をなす。さらに、すべての負バス線17-1、...、17-mは互いに接続されていてもよい。
【００２０】
コンデンサC1-1、ブレーカB1-1およびダイオードD1-1の組み合わせは、コンデンサ構造体CA1-1と言う。同様に、コンデンサC1-2、ブレーカB1-2およびダイオードD1-2の組み合わせは、別のコンデンサ構造体CA1-2を構成する。それぞれのコンデンサ構造体CAには一つのコンデンサと一つのブレーカと一つのダイオードがあり、それらがY結線、すなわち星形結線で接続されており、コンデンサ自由端FE1、ブレーカ自由端FE2およびダイオード自由端FE3を有している。コンデンサは、Y結線の中心接続点Jとおよび第１の自由端FE1の間に接続され、ブレーカは中心接続点Jと第2の自由端FE2の間で接続され、またダイオードは、中心接続点Jと3番目の自由端FE3の間であって、3番目の自由端FE3から中心接続点Jへ方向に接続される。
【００２１】
n個のコンデンサ構造体CA1、...、CAnが1つのスイッチング・トランジスタF1と協働するように設けられている。各コンデンサ構造体CAのコンデンサ自由端FE1が正バス線18に接続され、各コンデンサ構造体CAのブレーカ自由端FE2が負電位線16に接続される、また、各コンデンサ構造体CAのダイオード自由端FE3が負バス線17-1に接続される。
【００２２】
1つのスイッチング・トランジスタF1と、それと協働するコンデンサ構造体CA1、...、CAnの組み合わせを、逆バイアス・ドライバRD1と言う。複数の逆バイアス・ドライバRD1、...、RDmが設けられており、それはパワー半導体スイッチング素子1のゲート14とカソード28の間に並列接続されている。
【００２３】
一例においては、逆バイアス・ドライバRDの数mは、4以上、例えば8である。また、コンデンサ構造体CAの数nは、10以上、例えば50である。なお、そのような数は設計によって変更することができる。
【００２４】
コンデンサC1-1や他のコンデンサは、一つに限らず、並列に接続された複数のコンデンサであってもよい。また、コンデンサC1-1や他のコンデンサは、セラミックコンデンサであってもよい。
【００２５】
図2B、図2Cおよび図2Dにより、パワー半導体スイッチング装置の動作を説明する。
【００２６】
時刻t0において、スイッチング素子1(例えばGCT)がオン状態であるとする。そして、すべてのコンデンサC1-1、C1-2、...、C1-n、......、Cm-1、Cm-2、...、Cm-nは、所定の電圧VC1に充電されているものとする。時刻taにおいて、ドライバ2からターン・オフ信号が生成され、線13および抵抗器R1、...、Rm、を介して、MOSFET F1、...、Fmのゲートへ加えられる。したがって、MOSFET F1、...、Fmはすべてオンにされ、すべてのコンデンサC1-1、...、Cm-nからの放電電流IGが、スイッチング素子1のカソード28およびゲート14を通り、更にMOSFET F1、...、Fmに流れる。したがって、時刻taでは、コンデンサC1-1、...、Cm-nは、放電され、ターン・オフ・パルス109(図2C)が、スイッチング素子１のゲート14に現れ、電圧降下110(図2D)が生じる。したがって、時刻taでは、激落線108に示すように、GCTは遮断される。電力供給器4からは継続的に充電電流が提供されているので、コンデンサC1-1、...、Cm-nは、電圧増加線111および飽和線112で示すように、急速に、すなわち時刻taから所定の期間tCmin内で、所定の電圧VC1に充電される。
【００２７】
時刻tbにおいて、ドライバ2からターン・オン信号が生成される。MOSFET F1、…、Fmはオフにされており、ターン・オン信号が線12を介してスイッチング素子1のゲートに加えられる。したがって、スイッチング素子1は再びオンされる。
【００２８】
その後、時刻tcにおいて、２つ目のターン・オフ信号が生成され、上述と同様にしてスイッチング素子1をオフにする。ドライバ2からの2つの連続するターン・オフ信号、具体的には2つのターン・オフ・パルス109と114の間の時間差は、制御信号24によって変わるが、時間tCminと等しいか、それ以上である。例えば、時間tCminは、100μsから200μs程度の時間である。したがって、本発明によれば、電力供給器4がコンデンサC1-1、...、Cm-nを所定の電圧VC1までに充電する時間は、時間tCmin以内、(つまり100μs以内)である。
【００２９】
ここで、コンデンサC1-1、...、Cm-nのうちの1つ、例えばコンデンサC1-1が欠陥コンデンサであったため短絡故障を起こしたとする。電力供給器からの電流と、残りのコンデンサC1-2、...、Cm-nからの放電電流が、線16および線18を介してブレーカB1-1および短絡したコンデンサC1へ流れ込む。ここでブレーカB1は、放電電流を直ちに遮断し、電流が短絡したコンデンサC1に流れ込むのを防止する。したがって、残りのコンデンサC1-2、...、Cm-nにおいては、充電された状態がそのまま維持される。そして、その後の動作であるスイッチング素子1のターン・オンおよびターン・オフは、時間遅れなしで、問題なく実行することができる。
【００３０】
図3は、第１のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、MOSFET 30およびコンパレータ32を含む。MOSFET 30は自由端FE2と中心接続点Jの間に接続されている。また、コンパレータ32は、コンデンサCの両端電圧の差をとり、MOSFET 30のオン、オフ制御を行う。コンデンサCが充電されている場合、コンデンサCの両端電圧の差は、所定の電圧となる。この場合、コンパレータ32は、HIGHレベル信号を生成し、MOSFET 30をオン状態に維持する。したがって、コンデンサCは、負電位線16に接続された自由端FE2からの電流で適切に充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、異常電流が欠陥コンデンサCを通って流れ始める。このため、欠陥コンデンサCの両端電圧は、0か、ほとんど0に等しくなる。したがって、コンパレータ32は、LOWレベル信号を生成し、MOSFET 30をオフにする。この場合、自由端FE2に通じる電流路がブレーカBで遮断されるので、近隣の健全なコンデンサは短絡した欠陥コンデンサによって放電されることはない。ダイオードDは、健全なコンデンサから、自由端FE3および負バス線17を介して、欠陥コンデンサに放電電流が流れるのを防ぎます。放電電流を防ぐダイオードDの機能は、図4〜図9に基づいて説明する他の場合にも当てはまる。
【００３１】
図４は、第２のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、MOSFET 30およびコンパレータ33を含む。MOSFET 30は自由端FE2と中心接続点Jの間に接続されている。また、コンパレータ32は、ダイオードDの両端電圧の差をとり、MOSFET 30のオン、オフ制御を行う。コンデンサCが短絡なしで適切に作動している場合、ダイオードDの両端電圧は0か、ほとんど0に等しくなる。したがって、コンパレータ33は、HIGHレベル信号を生成し、MOSFET 30をオン状態に維持する。したがって、コンデンサCは、負電位線16に接続された自由端FE2からの電流で適切に充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、異常電流が欠陥コンデンサCを通って流れ始める。このため、ダイオードDの両端電圧はHIGHになる。したがって、コンパレータ33は、LOWレベル信号を生成し、MOSFET 30をオフにする。この場合、自由端FE2に通じる電流路がブレーカBで遮断されるので、近隣の健全なコンデンサは短絡した欠陥コンデンサによって放電されることはない。
【００３２】
図5は、第３のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、電流制限器で構成される。電流制限器は、MOSFET 35、抵抗器37および39、ならびにツェナーダイオード41を含む。抵抗器37とMOSFET 35は、自由端FE2と中心接続点Jの間に直列接続される。ツェナーダイオード41と抵抗器39は、自由端FE2と自由端FE1の間に直列接続される。コンデンサCが充電されると、所定のHIGH電圧が自由端FE1で現われる。このHIGH電圧が抵抗器39を介してMOSFET 35のゲートに加えられ、MOSFET 35がオンにされる。したがって、コンデンサCは、負電位線16に接続された自由端FE2からの電流で適切に充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、異常電流が欠陥コンデンサCを通って流れ始める。このため、抵抗器37の電圧は上昇し、MOSFET 35のゲート・ソース間電圧を小さくする。これにより、電流は安全な量に制限される。
【００３３】
図6は、第４のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、電流制限器で構成される。電流制限器は、MOSFET 42、抵抗器34, 36, 38, および40、ならびにトランジスタ44を含む。抵抗器34とMOSFET 42は、自由端FE2と中心接続点Jの間に並列接続される。抵抗器36は自由端FE2とMOSFET 42のゲートの間に接続されている。抵抗器38、 40は、コンデンサCの両端間に直列接続されている。トランジスタ44は、MOSFET 42のゲートと自由端FE1との間に接続され、そのベースは抵抗器38 と40の間に接続されている。コンデンサCが充電されている場合は、電流が抵抗器38を介して流れ、トランジスタ44をオンにする。したがって、自由端FE1におけるHIGH電圧は、MOSFET 42のゲートに加えられ、MOSFET 42をオンにする。したがって、コンデンサCは、負電位線16に接続された自由端FE2からの電流で適切に充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、異常電流が欠陥コンデンサCを通って流れ始める。このため、抵抗器38に流れていた電流は止められる。その結果、抵抗器40における電圧はLOWになり、トランジスタ44をオフにする。したがって、自由端FE2のLOW電圧は抵抗器36を介してMOSFET 42のゲートに加えられ、MOSFET 42をオフにする。
【００３４】
図7は、第５のブレーカBの例を示し、ブレーカBは、抵抗器46とヒューズ48で構成される。抵抗器46とヒューズ48は、自由端FE2と中心接続点Jの間に直列接続される。通常動作においては、コンデンサCは、抵抗器46とヒューズ48を通る電流で充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、電力供給器と健全なコンデンサから異常電流が欠陥コンデンサCに向かって流れ始める。このため、ヒューズ48は、直ちに切れてしまう。
【００３５】
図8は、第６のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、フューズ機能を有する抵抗器50を含み、それは自由端FE2と中心接続点Jの間に接続される。通常動作においては、コンデンサCは、抵抗器50を通る電流で充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、電力供給器と健全なコンデンサから異常電流が欠陥コンデンサCに向かって流れ始める。このため、ヒューズ機能を有する抵抗器50は、直ちに切れてしまう。
【００３６】
図9は、第７のコンデンサ構造体CAの例を示し、そこにはブレーカBが含まれており、ブレーカBは、PTC（正温度特性）抵抗器52を含み、それは自由端FE2と中心接続点Jの間に接続される。PTC抵抗器52は、温度上昇に伴って抵抗値が増加する特性を有する。通常動作においては、コンデンサCは、PTC抵抗器52を通る電流で充電される。コンデンサCが短絡事故を起こして欠陥コンデンサになると、電力供給器と健全なコンデンサから異常電流が欠陥コンデンサCに向かって流れ始める。このため、温度上昇に従い、PTC抵抗器50の抵抗値が増大し、異常電流が遮断される。
【００３７】
図10は、余剰モニター回路を示す。余剰モニター回路は、所定数以上のコンデンサが短絡故障し、欠陥コンデンサになった場合、警告信号を生成する。更に、警告信号はサービス・チームへメッセージを送り、次のサービスステップにおいて防止対策をとるようにすることも可能である。余剰モニター回路は、コンパレータ54、抵抗器55、56、57および検出抵抗器R1-1、R1-2、...、R1-nを含む。抵抗器55と56は、負電位線16と正電位線18の間に直列接続され、抵抗器55および56の間の接続点において閾値電圧を生成する。閾値電圧は、コンパレータ54の一方の入力に加えられる。抵抗器57の一方の端は、負電位線16に接続され、他方の端は、検出抵抗器R1-1、R1-2、...、R1-nのそれぞれの端に接続される。検出抵抗器R1-1、R1-2、...、R1-nの他方の端は、コンデンサ構造体CAの中心接続点に接続される。コンデンサ57の他方の端もコンパレータ54の他方の入力に接続される。
【００３８】
コンデンサが一つも短絡事故を起こしていない場合、抵抗器57の他方の端における電圧は負電位線16の電圧と等しい。もし、1つのコンデンサが短絡事故を起こした場合、抵抗器57の他方の端における電圧が上がる。短絡事故を起こしたコンデンサの数が増えると、抵抗器57の他方の端における電圧は階段状に増大する。短絡事故したコンデンサの数が所定数に達すると、抵抗器57の他方の端における電圧は閾値電圧より大きくなる。したがって、コンパレータ54は、HIGH信号を生成し、それはドライバ2に送られ、そこからメッセージを送信される。
【実施例２】
【００３９】
図11は、本発明の実施の形態２に基づくパワー半導体スイッチング装置を示す。図2Aで示した実施の形態１のものと比べた場合、実施の形態２においては、負バス線17-1、...、17-m(それは単線であってもよい)が、負電位線16と統合された構成になっている。他の構成はすべて同じである。言いかえれば、負電位線16は負バス線17-1、...、17-mに組み込まれる。
【００４０】
図3〜図10で示される回路は、実施の形態2においても適用可能である。
【００４１】
本発明によれば、各コンデンサCと協働するブレーカBによって、短絡事故を起こしたコンデンサを効率よく分離することが出来、その結果、パワー半導体スイッチング装置は、短絡したコンデンサによって遮断されることはなくなる。
【００４２】
本発明によれば、ダイオードDによって、負荷から逆流する電流がコンデンサに流れ込むことを阻止することが可能となる。したがって、コンデンサの過剰充電を避けることが出来る。
【００４３】
本発明を用いることにより、コンデンサは、スイッチング素子1にターン・オフ電流を供給するのに必要な程度の電圧定格を持つことで十分であり、サイリスタから逆流してくる電流を考慮する必要はない。次に説明する変形例は、実施の形態１、２に適用可能である。
【００４４】
図12は、実施の形態２に適用された変形例１を示す。逆バイアス・ドライバRD1、…、RDmにおいて、スイッチング・トランジスタF1、…、Fmとコンデンサ構造体CAの位置が入れ替えられている。したがって、スイッチング・トランジスタのソースSは線28に接続され、ドレインDは正バス線18に接続される。また、負バス線17はサイリスタ1のゲート線14に接続される。
【００４５】
図13は、実施の形態２に適用された変形例２を示す。コンデンサ構造体CAの各々では、コンデンサとダイオードの位置が入れ替えられている。また、ブレーカBは、負バス線17と接続点Jの間ではなく、正バス線18と接続点Jの間に接続されている。
【００４６】
図14は、実施の形態２に適用された変形例3を示す。図11に示されるようなNチャネルMOSFETを使用するのではなく、PチャネルMOSFETをスイッチング・トランジスタF1、…、Fmに使用している。
【００４７】
本発明は、添付図面に基づき、好ましい実施の形態にしたがって説明したが、様々な変更や変形例は当業者に明らかである。そのような明らかな変更や変形例は本発明の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明はパワー半導体スイッチング装置において利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
1 ...スイッチング素子、2 ...ドライバ、4 ...電力供給器、RD...逆バイアス・ドライバ、CA...コンデンサ構造体、F...スイッチング・トランジスタ、C...コンデンサ、D...ダイオード、B...ブレーカ
【図１】
2013198222.tif 000003
【図２−１】
2013198222.tif 000004
【図２−２】
2013198222.tif 000005
【図３】
2013198222.tif 000006
【図４】
2013198222.tif 000007
【図５】
2013198222.tif 000008
【図６】
2013198222.tif 000009
【図７】
2013198222.tif 000010
【図８】
2013198222.tif 000011
【図９】
2013198222.tif 000012
【図１０】
2013198222.tif 000013
【図１１】
2013198222.tif 000014
【図１２】
2013198222.tif 000015
【図１３】
2013198222.tif 000016
【図１４】
2013198222.tif 000017
【外国語明細書】
2013198222.tif 000018
2013198222.tif 000019
2013198222.tif 000020
2013198222.tif 000021
2013198222.tif 000022
2013198222.tif 000023
2013198222.tif 000024
2013198222.tif 000025
2013198222.tif 000026
2013198222.tif 000027
2013198222.tif 000028
2013198222.tif 000029
2013198222.tif 000030
2013198222.tif 000031
2013198222.tif 000032
2013198222.tif 000033
2013198222.tif 000034
2013198222.tif 000035
2013198222.tif 000036
2013198222.tif 000037
2013198222.tif 000038
2013198222.tif 000039
2013198222.tif 000040
2013198222.tif 000041
2013198222.tif 000042
2013198222.tif 000043
2013198222.tif 000044
2013198222.tif 000045
2013198222.tif 000046
2013198222.tif 000047